JP3985338B2

JP3985338B2 - Fuel injection nozzle

Info

Publication number: JP3985338B2
Application number: JP13670598A
Authority: JP
Inventors: 稔之依田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JPH11324866A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に使用される燃料噴射ノズルに係り、特に、噴孔から燃料を旋回させながら噴射するスワール型の燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スワール型燃料噴射ノズルの噴孔から噴出した燃料は、その旋回運動に伴うせん断力により、広がりは大きいが貫通力は小さく、微粒子化特性の良好な噴霧を形成できる点で優れており、特開昭５８−３０４６５号公報等で知られている。
【０００３】
前記公報に記載の燃料噴射ノズルは、同公報の図３〜図６に示されているようにノズルニードルのニードルヘッド（弁体）が接離するノズルボディの弁座部と、この下方に設けた噴孔との間に、燃料の旋回流を作り出すスワラーを形成している。ノズルニードルは電磁弁の動作により一定ストロークで上下動されてそのニードルヘッドを弁座部に接離する。前記弁座部の下方に配置されたスワラーは外周面に複数のねじれ溝条を互いに平行に設けており、これらの溝条を燃料が通過することにより旋回流を作り出すように形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように弁座部の下方にスワラーが設置された従来構成では、弁座部から噴孔に至るまでの容積が大きいので、前記公報に記載のようにスワラーの下端にコーンを設ける構成を採用しても、なお、燃料が残り易い。そのため、噴射しきれずに弁座部から噴孔に至るまでの部分に残っていた燃料が、噴射初期に旋回運動を与え切れずに噴射されてしまうという問題がある。
【０００５】
又、前記従来構成では噴射される燃料の噴霧角を変更することができず、そのため、エンジンの負荷状態に応じた適正なスワール式燃料噴射を行なうことができないという問題がある。
【０００６】
なお、この後者の問題点を改善する技術として、ばねで下向きに付勢されたスワラーを圧電素子により下側から支持して、この素子をそれに対する通電制御により膨張・収縮させてスワラーを上下方向に動かし、それに伴いスワール室の容積を大小２段階に変える技術が提案されている（実開平５−２４９５６号公報参照）。しかし、この技術では、配線上等の実用上の諸問題を解決してニードルボディに内蔵された圧電素子に対する通電を行なうことが極めて困難であるという問題があるだけではなく、スワール容積の変更が２段階のみであるから、それ以上多くの段階をもってスワール式燃料噴射を行なうことができないという問題がある。なお、圧電素子は印加電圧の大きさによってその体積変化率が変わる特性を持っているが、これを利用しようとする時は、ヒステリシス、温度特性を考慮しなければならないという問題もある。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする第１の課題は、噴射性能を向上できるとともに、スワラーを動かすことなく噴霧角を変更でき、しかも、燃料の旋回流の強さを多段に変更できる燃料噴射ノズルを得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズルニードルが収容されたノズルボディの噴孔から燃料を旋回させて噴射する燃料噴射ノズルを前提とする。
そして、前記第１の課題を解決するために、請求項１の発明は、前記ノズルニードルの弁体が接離する前記ノズルボディの弁座部の上方に、燃料の旋回流を作り出すスワール室を形成して、前記ノズルボディ内にスワラーを内蔵し、このスワラーを摺動自在に貫通する前記ノズルニードルが前記スワール室の天井面をなす受圧面を有し、前記スワール室の容積を前記ノズルニードルのリフト量の大きさによって多段に変更させる容積変更手段を備え、この容積可変手段を、前記ノズルニードル上に上下方向に並べて配置された複数のシートと、上側に配設される程強いばね力を有して前記シート相互間に夫々挟設されるとともに、上下に隣接するシートのうち下側に位置されて上下方向に移動可能なシートを前記ノズルニードルに向けて押し下げて上下に隣接した前記シート相互間に夫々リフト用間隙を形成する複数のばねと、を具備して形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明において、ノズルボディの弁座部の上方に設けたスワール室は、弁座部から噴孔に至る部分から外れているので、前記部分の容積を大幅に小さくできる。それに伴い、噴射しきれずに残る燃料が極小となり、燃料が旋回流を与えきれずに噴射することを少なくできる。そして、容積変更手段でスワール室の容積を変更することにより、前記スワール室の容積が大きくなる程燃料の旋回流を弱めて燃料噴射を行なわせることができる。しかも、スワール室の容積をノズルニードルのリフト量の大きさによって変化させるから、ノズルボディ内にスワール室を形成するスワラーを動かす工夫を要することがない。
【００１２】
更に、請求項１の発明では、既述のようにスワール室の容積の大きさに従い燃料の旋回流強さが変わるので、容積変更手段がスワール室の容積を多段に変更できるに伴い燃料の旋回流の強さも多段に変えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１および図２中符号１はノズルホルダで、このホルダ１の下端部にはホルダキャップ（リティニングナット）２が螺合され、このキャップ２は段付き円柱状をなすノズルボディ３の大径部３ａとパッキン４とが夫々収容されている。パッキン４は、ホルダキャップ２をノズルホルダ１にねじ込むことにより、ノズルホルダ１の下端面と大径部３ａの上端面との間に挟着されている。
【００１５】
ノズルボディ３の小径部３ｂはホルダキャップ２を貫通して下方に突出されていて、その先端には一つの噴孔５が設けられている。図３に示されるように小径部３ｂの先端部内側には、弁座部、例えば噴孔５に向けて収束する円錐形状のボディシート面６が形成されているとともに、このシート面６の上端から外側に張り出して連なる環状のスワール設置面７が設けられている。
【００１６】
ノズルボディ３には、その上部中央部に軸方向に延びるガイドホール８が設けられているとともに、下部中央部には下端がスワール設置面７の外周に連続する延長ホール９が設けられ、かつ、中間部に前記両ホール８、９を連続させる油溜り（図示しない）が設けられている。ガイドホール８の上端は大径部３ａの上端面に開口されている。更に、ノズルボディ３、パッキン４、およびノズルホルダ１にわたってフィードホール１０が設けられている。このホール１０の下端は前記油溜りと連通され、図示されない上端側は、高圧燃料を導く高圧配管を介して燃料噴射ポンプ又は蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧部等に接続されている。燃料噴射ポンプには例えばジャーク式燃料噴射ポンプが使用される。
【００１７】
図３および図４に示されるようにノズルボディ３の小径部３ｂの内側には、短い円筒状をなすスワラー２１が内蔵されている。このスワラー２１はその下端面をスワール設置面７に当接して位置決めされるまで延長ホール９に圧入して取付けられている。スワラー２１には複数の溝２２およびこれらに個々に連通する通路２３が設けられている。各溝２２はスワラー２１の外周面にこのスワラー２１の全長にわたり延びて夫々形成されており、又、各通路２３は、スワラー２１の内周面および下端面に夫々開放されてスワラー２１の下端部に夫々設けられている。これらの通路２３はスワラー２１の内周面に対する接線方向に延びて形成されている。これら溝２２および通路２３がなす連通路は、少なくとも一対設けるとよい。
【００１８】
ノズルボディ３内にはガイドホール８に摺動自在に嵌合して上下方向に移動されるノズルニードル２５が収容されている。ニードル２５の下端部は延長ホール９よりも小径であり、このニードル２５の外周面と延長ホール９の内周面との間には燃料通路２６が形成されている。この通路２６の上端は前記油溜りに連通され、下端は各溝２２に夫々連通されている。ノズルニードル２５の下端部はスワラー２１の内周面２１ａを摺動可能に貫通している。
【００１９】
このニードル２５はその下端部にニードルヘッド（弁体）２７を有している。図３に示されるようにヘッド２７は、それよりも上側のニードル部分よりも細く形成された短い円柱状のヘッドベース部２７ａと、このベース部２７ａから突出された円錐部２７ｂとから形成されている。これらヘッドベース部２７ａと円錐部２７ｂとの境界はシール線２８を形成していて、このシール線２８を含んだ円錐部２７ｂの外周面は、前記ボディシート面６に接離するニードルシート面をなしている。ノズルニードル２５の長さは、そのニードルシート面がボディシート面６に当接した状態で、ニードル２５の上端面が図１に示されるように前記大径部３ａの上端面よりも少し下がって位置する長さとなっている。
【００２０】
ノズルニードル２５はその下端部に受圧面２９を有している。この面２９は、本実施の形態においてはヘッドベース部２７ａの根元から外側に張り出すように連なった環状面で形成されているとともに、前記ニードルシート面がボディシート面６に当接した状態で前記通路２３のすぐ上側の高さに配置されるようになっている。受圧面２９とヘッドベース部２７ａの外周面と、ボディシート面６の弁座部としては機能しないスワール設置面７側の上部円錐状面（言い換えれば、図３においてシール線２８より上側に位置する円錐状面）と、前記スワラー２１の内周面２１ａとの間には、スワール室３０が形成されている。受圧面２９はスワール室３０の天井面をなしている。スワール室３０は噴孔５から噴射される燃料の旋回流を作り出すために設けられていて、このスワール室３０は前記燃料通路２６にスワラー２１の前記溝２２と通路２３とがなす連通路を介して連通されている。
【００２１】
前記パッキン４の中央部にはリフト量制御凹部３１が設けられ、そこにスワール室３０の容積を多段に変更する容積変更手段としてのリフト量制御機構３２が内蔵されている。図２に示されるようにリフト量制御機構３２は、上下方向に並べて配置される例えば第１〜第４のシート３３〜３６と、第１〜第３の皿ばね３７〜３９とを備えて形成されている。
【００２２】
上下方向に移動可能な第１シート３３は、平らな円板からなり、前記ガイドホール８の上端を塞ぐように前記大径部３ａの上端面に置かれている。第２シート３４は、上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第１シート３３より小さくして内周面にストッパ段部３４ａを有している。この第２シート３４の下部には第１シート３３が上下動可能に収容されており、このシート３３の上面と前記ストッパ段部３４ａとの間に第１シート３３の上下動を許す第１リフト用間隙Ａが設けられている。
【００２３】
第３シート３５は、第２シート３４よりも長く大径であって上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第２シート３４より小さくして内周面にストッパ段部３５ａを有している。この第３シート３５の下部には第２シート３４が上下動可能に収容されており、このシート３４の上面と前記ストッパ段部３５ａとの間に第２シート３４の上下動を許す第２リフト用間隙Ｂが設けられている。
【００２４】
同様に、第４シート３６は、第３シート３５よりも長く大径であって上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第３シート３５より小さくして内周面にストッパ段部３６ａを有している。この第４シート３６には第３シート３５が上下動可能に収容されており、このシート３５の上面と前記ストッパ段部３６ａとの間に第３シート３５の上下動を許す第３リフト用間隙Ｃが設けられている。この第４シート３６は前記凹部３１の奥面に当って位置決めされている。
【００２５】
第１の皿ばね３７は、第１、第２のシート３３、３４の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ２で第１シート３３を下方（つまり、ノズルニードル２５の上端面側）に押し下げている。第２の皿ばね３８は、第２、第３のシート３４、３５の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ３で第２シート３４をノズルニードル２５の上端面側に押し下げている。同様に、第３の皿ばね３９は、第３、第４のシート３５、３６の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ４で第３シート３５をノズルニードル２５の上端面側に押し下げている。これら各皿ばね３７〜３９のばね力は上側に配置されたものほど強く、したがって、ばね力相互の関係はＦｓ２＜Ｆｓ３＜Ｆｓ４となっている。これに対応して、これらばね力に抗して第１〜第３のシート３３〜３５が動き出すいわゆる各段の開弁圧Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４もＰ２＜Ｐ３＜Ｐ４に設定されている。
【００２６】
図１および図２に示されるように前記パッキン４にはノズルニードル２５の軸線上に位置してプレッシャピン４１が貫通している。そのため、このピン４１はリフト量制御機構３２の中心部を貫通して設けられており、その下端はノズルニードル２５の上端面に当接され、かつ上端部にはスプリングシート４２が設けられている。このシート４２は前記ノズルホルダ１の下端部に形成したスプリング収容室４３の下部に挿入され、スプリング収容室４３の奥面に設けたスプリングシート４４と前記スプリングシート４２とに間には、プレッシャスプリング４５が挟設されている。スプリング収容室４３は図示しない燃料戻し管を介して燃料タンクに連通されている。
【００２７】
プレッシャスプリング４５はそのばね力（Ｆｓ１）でプレッシャピン４１を介してノズルニードル２５を押し下げて、このニードル２５のニードルヘッド２７を前記ボディシート面６に押付けている。ばね力（Ｆｓ１）はノズルの初期開弁圧（Ｐ１）を設定する。このこととノズルニードル２５の既述の長さとの関係により、無噴射時には図３に示されるようにニードル２５の上端面と第１シート３３との間に初期リフト用間隙Ｄが形成されている。
【００２８】
前記構成の燃料噴射ノズルが例えばジャーク式燃料噴射ポンプを組合わされた場合の燃料噴射について次に説明する。
前記燃料噴射ポンプから燃料が圧送されるに伴い、互いに連通しているフィードホール１０、図示しない油溜り、燃料通路２６、スワラー２１の連通路（溝２２および通路２３）を介してスワール室３０の燃料圧ｐｃが上昇される。このスワール室３０内の燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１によって予め設定されたノズルニードル２５の初期開弁圧Ｐ１に達すると、スワール室３０に臨んだノズルニードル２５の受圧面２９に作用する前記初期開弁圧Ｐ１によって、ノズルニードル２５がばね力Ｆｓ１に抗して初期リフト用間隙Ｄを消失するだけリフトされる。そのため、スワール室３０と噴孔５とが連通して燃料噴射が開始される。この時、燃料はスワラー２１を通り抜ける際に旋回運動を与えられるから、スワール室３０内を旋回する燃料は噴孔５から旋回しながら噴射される。
【００２９】
ところで、既述のようにスワール室３０はノズルボディ３のボディシート面６の上方に設けられていてシート面６から噴孔５に至る部分から外れているので、前記部分の容積が小さく、それに伴い、噴射しきれずに残る燃料は極小である。そのため、前記噴射初期において旋回流を与えきれずに燃料が噴射されることが少ないから、噴射性能を向上することができる。
【００３０】
そして、前記噴射初期後においてノズルニードル２５に上向きに作用する燃料圧は次第に高まる。そのため、ニードル２５を上昇させようとする燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこのスプリング４５が初期リフト用間隙Ｄと同じリフト量だけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×Ｄ（なお、前記Ｋ１はスプリング４５のばね定数）と、更に、第１皿ばね３７のばね力Ｆｓ２の合計値により設定された開弁圧Ｐ２を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第１シート３３を介して第１皿ばね３７を押し縮めて、第１シート３３がストッパ段部３４ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第１リフト用間隙Ａと同じだけリフトして、この間隙Ａを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積を増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ）となる。
【００３１】
更に、燃料圧が上昇してノズルニードル２５を上昇させようとする燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこれが前記リフト用間隙Ｄ、Ａだけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×（Ｄ＋Ａ）と、更に、第２皿ばね３８のばね力Ｆｓ３の合計値により設定された開弁圧Ｐ３を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第２シート３４を介して第２皿ばね３８を押し縮めて、第２シート３４がストッパ段部３５ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第２リフト用間隙Ｂと同じだけリフトして、この間隙Ｂを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積を更に増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ＋Ｂ）となる。
【００３２】
同様に、燃料圧Ｐｃがより一層上昇してノズルニードル２５を上昇させようとする開弁圧Ｐ４が、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこれが前記リフト用間隙Ｄ、Ａ、Ｂだけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×（Ｄ＋Ａ＋Ｂ）と、更に、第３皿ばね３９のばね力Ｆｓ４の合計値により設定された開弁圧Ｐ４を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第３シート３５を介して第３皿ばね３９を押し縮めて、第３シート３５がストッパ段部３６ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第３リフト用間隙Ｃと同じだけリフトして、この間隙Ｃを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積をより一層増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ）となる。
【００３３】
又、蓄圧式燃料噴射装置と組合わされた場合にも同様であり、説明が重複するので省略するが、表にまとめて示せば、次表の通りである。なお、この表においてＰｃはスワール室３０に及ぼされる燃料圧力である。
【００３４】
【表１】

【００３５】
既述の動作説明から明らかなようにこの燃料噴射ノズルは、スワール室３０の燃料圧が高まっていく程、ノズルニードル２５のリフト量が段階的に大きくなるとともに、この段階的なリフト量の増加に従いスワール室３０の容積を段階的に増加する。そのため、こうした容積変化に伴いスワール室３０での燃料の旋回強さが段階的に減少するから、結局のところ、燃料の噴射開始初期における燃料の噴霧角が最も大であり、燃料噴射の最盛期に近づくに従い段階的に噴霧角を小さくできるものである。
【００３６】
しかも、既述のようにノズルニードル２５のリフト量の大きさによってリフト量制御機構３２でスワール室３０の容積を変更させて、噴射される燃料の旋回流の強さを多段に調節するから、スワール室３０を形成するスワラー２１を動かすことなく噴霧角を変更できる。それに伴い面倒な電気配線を不要とできるので、容易に実施できるとともに、故障なども少なく信頼性を向上できる。
【００３７】
なお、本発明は前記第１の実施の形態には制約されない、例えば、各リフト段階の開弁圧Ｐ１〜Ｐ４を設定するばね４５、３７〜３９のばね定数、および各リフト量を規定するリフト用間隙Ａ〜Ｄの大きさ等は適宜設定できるとともに、リフトの段数は構成上許される範囲であれば５段以上に設定してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、噴射しきれずに残る燃料を極小にできることにより、燃料に旋回流を与えきれずに燃料噴射をすることが少なくなって噴射性能を向上できるとともに、ノズルニードルのリフト量の大きさによって容積変更手段でスワール室の容積を変更させて、噴射される燃料の旋回流の強さを調節できるから、スワール室を形成するスワラーを動かすことなく噴霧角を変更することができる。
【００３９】
更に、請求項１の発明によれば、容積変更手段がスワール室の容積を多段に変更できるに伴い燃料の旋回流の強さを多段に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスワール型燃料噴射ノズルの構成を一部断面して示す側面図。
【図２】図１に示された燃料噴射ノズルが備えるリフト量制御機構回りの構成を拡大して示す縦断側面図。
【図３】図１に示された燃料噴射ノズルが備えるスワール室回りの構成を拡大して示す縦断側面図。
【図４】図３中Ｚ−Ｚ線に沿って示す断面図。
【符号の説明】
３…ノズルボディ、
５…噴孔、
６…ボディシート面（弁座部）、
２１…スワラー、
２５…ノズルニードル、
２７…ニードルヘッド（弁体）、
２８…シール線、
２９…受圧面、
３０…スワール室、
３２…リフト量制御機構（容積変更手段）、
３３〜３６…第１〜第３のシート、
３７〜３９…第１〜第３の皿ばね、
Ａ〜Ｃ…第１〜第３のリフト用間隙、
Ｄ…初期リフト用間隙、
４１…プレッシャピン、
４５…プレッシャスプリング。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection nozzle used in an internal combustion engine such as a diesel engine, and more particularly to a swirl type fuel injection nozzle that injects fuel while turning it from an injection hole.
[0002]
[Prior art]
The fuel ejected from the nozzle hole of the swirl type fuel injection nozzle is excellent in that it has a large spread but a small penetrating force due to the shearing force accompanying its swirling motion, and can form a spray with good atomization characteristics. This is known from Japanese Patent Publication No. 58-30465.
[0003]
As shown in FIGS. 3 to 6 of the publication, the fuel injection nozzle described in the above publication is provided below the valve seat portion of the nozzle body where the needle head (valve body) of the nozzle needle contacts and separates, and below this. A swirler that creates a swirling flow of fuel is formed between the nozzle holes. The nozzle needle is moved up and down at a constant stroke by the operation of the electromagnetic valve, and the needle head is brought into contact with and separated from the valve seat portion. The swirler disposed below the valve seat portion is provided with a plurality of twisted grooves on the outer peripheral surface thereof in parallel with each other, and is formed so as to create a swirl flow by passing fuel through these grooves.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional configuration in which the swirler is installed below the valve seat portion as described above, since the volume from the valve seat portion to the nozzle hole is large, a configuration in which a cone is provided at the lower end of the swirler as described in the above publication. Even if it is adopted, fuel is likely to remain. Therefore, there is a problem that the fuel remaining in the portion from the valve seat portion to the nozzle hole without being able to be injected is injected without giving a swirl motion at the initial stage of injection.
[0005]
Further, the conventional configuration cannot change the spray angle of the injected fuel, and therefore there is a problem that proper swirl type fuel injection according to the load state of the engine cannot be performed.
[0006]
As a technique for improving the latter problem, a swirler biased downward by a spring is supported from below by a piezoelectric element, and the swirler is vertically expanded and contracted by energizing control of the element. As a result, a technique for changing the volume of the swirl chamber into two stages of large and small has been proposed (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-24956). However, this technique not only has a problem that it is extremely difficult to solve the practical problems such as wiring and to conduct electricity to the piezoelectric element incorporated in the needle body, but also changes the swirl volume. Since there are only two stages, there is a problem that swirl fuel injection cannot be performed in more stages. Note that the piezoelectric element has a characteristic that its volume change rate varies depending on the magnitude of the applied voltage, but there is also a problem that hysteresis and temperature characteristics must be taken into account when using this.
[0007]
Accordingly, a first problem to be solved The present invention, as well as can improve the jetting performance, can change the spray angle without moving the swirler, moreover, fuel the strength of the swirling flow of fuel Ru can change the multiple injection To get a nozzle.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is premised on a fuel injection nozzle that swirls and injects fuel from an injection hole of a nozzle body in which a nozzle needle is accommodated.
In order to solve the first problem, according to the first aspect of the present invention, a swirl chamber that creates a swirling flow of fuel is provided above the valve seat portion of the nozzle body to which the valve body of the nozzle needle contacts and separates. A swirler is formed in the nozzle body, and the nozzle needle that slidably penetrates the swirler has a pressure receiving surface that forms a ceiling surface of the swirl chamber, and the volume of the swirl chamber is defined as the nozzle needle. comprising a lift amount of the volume changing unit to change in multiple stages depending on the size, the volume varying means, a plurality of sheets which are arranged in the vertical direction on the nozzle needle, strong enough to be arranged on the upper side spring A sheet that is sandwiched between the sheets with force and that is positioned on the lower side of the vertically adjacent sheets and that is movable in the vertical direction is pushed toward the nozzle needle. A plurality of springs that form the respective lift gap between the sheets each other adjacent the Gaité vertically, is characterized in that it has formed comprises a.
[0010]
In the first aspect of the present invention, the swirl chamber provided above the valve seat portion of the nozzle body is separated from the portion from the valve seat portion to the nozzle hole, so that the volume of the portion can be greatly reduced. Along with this, the amount of fuel remaining without being injected is minimized, and it is possible to reduce the amount of fuel that is injected without being able to give a swirling flow. Then, by changing the volume of the swirl chamber with the volume changing means, the swirl flow of fuel can be weakened as the volume of the swirl chamber increases, and fuel injection can be performed. In addition, since the volume of the swirl chamber is changed according to the lift amount of the nozzle needle, there is no need to devise a way to move the swirler that forms the swirl chamber in the nozzle body.
[0012]
Further, in the first aspect of the present invention, the swirl flow strength of the fuel changes according to the volume of the swirl chamber as described above, so that the swirl of the fuel can be changed as the volume changing means can change the volume of the swirl chamber in multiple stages. The strength of the flow can be changed in multiple stages.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 and 2, reference numeral 1 denotes a nozzle holder, and a holder cap (retaining nut) 2 is screwed to the lower end portion of the holder 1, and the cap 2 has a large diameter of a nozzle body 3 having a stepped columnar shape. The part 3a and the packing 4 are accommodated, respectively. The packing 4 is sandwiched between the lower end surface of the nozzle holder 1 and the upper end surface of the large diameter portion 3a by screwing the holder cap 2 into the nozzle holder 1.
[0015]
The small-diameter portion 3b of the nozzle body 3 penetrates the holder cap 2 and protrudes downward, and one nozzle hole 5 is provided at the tip thereof. As shown in FIG. 3, a conical body seat surface 6 that converges toward the valve seat, for example, the injection hole 5, is formed inside the distal end portion of the small diameter portion 3 b, and the upper end of the seat surface 6 An annular swirl installation surface 7 is provided so as to extend outward from the outer side.
[0016]
The nozzle body 3 is provided with a guide hole 8 extending in the axial direction at the upper central portion thereof, and an extension hole 9 having a lower end continuous with the outer periphery of the swirl installation surface 7 at the lower central portion, and An oil sump (not shown) that connects the

holes

8 and 9 to each other is provided at an intermediate portion. The upper end of the guide hole 8 is opened at the upper end surface of the large diameter portion 3a. Further, a feed hole 10 is provided across the nozzle body 3, the packing 4, and the nozzle holder 1. The lower end of the hole 10 communicates with the oil sump, and the upper end (not shown) is connected to a fuel injection pump or a pressure accumulating portion of a pressure accumulating fuel injection device via a high pressure pipe that leads high pressure fuel. For example, a jerk type fuel injection pump is used as the fuel injection pump.
[0017]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, a short cylindrical swirler 21 is built inside the small diameter portion 3 b of the nozzle body 3. The swirler 21 is attached by being press-fitted into the extension hole 9 until the lower end surface of the swirler 21 is positioned in contact with the swirl installation surface 7. The swirler 21 is provided with a plurality of grooves 22 and passages 23 that individually communicate with the grooves 22. Each groove 22 is formed on the outer peripheral surface of the swirler 21 so as to extend over the entire length of the swirler 21, and each passage 23 is opened to the inner peripheral surface and the lower end surface of the swirler 21, respectively. Respectively. These passages 23 are formed to extend in a tangential direction with respect to the inner peripheral surface of the swirler 21. It is preferable to provide at least a pair of communication paths formed by the grooves 22 and the paths 23.
[0018]
The nozzle body 3 accommodates a nozzle needle 25 that is slidably fitted in the guide hole 8 and moved in the vertical direction. The lower end portion of the needle 25 is smaller in diameter than the extension hole 9, and a fuel passage 26 is formed between the outer peripheral surface of the needle 25 and the inner peripheral surface of the extension hole 9. The upper end of the passage 26 communicates with the oil sump, and the lower end communicates with each groove 22 . The lower end of the nozzle needle 25 penetrates the inner peripheral surface 21a of the swirler 21 so as to be slidable.
[0019]
The needle 25 has a needle head (valve element) 27 at its lower end. As shown in FIG. 3, the head 27 is formed of a short columnar head base portion 27a formed narrower than the needle portion on the upper side, and a conical portion 27b protruding from the base portion 27a. Yes. The boundary between the head base portion 27a and the conical portion 27b forms a seal line 28, and the outer peripheral surface of the conical portion 27b including the seal line 28 is a needle seat surface contacting and separating from the body seat surface 6. There is no. The length of the nozzle needle 25 is such that the upper end surface of the needle 25 is slightly lower than the upper end surface of the large-diameter portion 3a as shown in FIG. 1, with the needle seat surface in contact with the body seat surface 6. The length is located.
[0020]
The nozzle needle 25 has a pressure receiving surface 29 at its lower end. In the present embodiment, the surface 29 is formed as an annular surface that extends outward from the base of the head base portion 27a, and the needle seat surface is in contact with the body seat surface 6. It is adapted to be disposed immediately above the height of the passageway 23. The pressure receiving surface 29, the outer peripheral surface of the head base portion 27a , and the upper conical surface on the swirl installation surface 7 side that does not function as the valve seat portion of the body seat surface 6 (in other words, located above the seal line 28 in FIG. 3). A swirl chamber 30 is formed between the conical surface) and the inner peripheral surface 21 a of the swirler 21. The pressure receiving surface 29 forms the ceiling surface of the swirl chamber 30. The swirl chamber 30 is provided to create a swirling flow of fuel injected from the nozzle hole 5, and the swirl chamber 30 is connected to the fuel passage 26 through a communication passage formed by the groove 22 and the passage 23 of the swirler 21. Communicated.
[0021]
A lift amount control recess 31 is provided at the center of the packing 4, and a lift amount control mechanism 32 as a volume changing means for changing the volume of the swirl chamber 30 in multiple stages is incorporated therein. As shown in FIG. 2, the lift amount control mechanism 32 includes, for example, first to fourth sheets 33 to 36 and first to third disc springs 37 to 39 that are arranged side by side in the vertical direction. Has been.
[0022]
The first sheet 33 that is movable in the vertical direction is made of a flat disk, and is placed on the upper end surface of the large diameter portion 3 a so as to close the upper end of the guide hole 8. The 2nd sheet | seat 34 consists of a short cylinder with the upper end closed, and the inner diameter of the upper part is made smaller than the 1st sheet | seat 33, and has the stopper step part 34a on the internal peripheral surface. A first sheet 33 is accommodated in the lower part of the second sheet 34 so as to be movable up and down, and a first lift that allows the first sheet 33 to move up and down between the upper surface of the sheet 33 and the stopper step 34a. A working gap A is provided.
[0023]
The third sheet 35 is a short cylinder that is longer and larger in diameter than the second sheet 34 and closed at the upper end. The inner diameter of the upper part of the third sheet 35 is smaller than that of the second sheet 34, and a stopper step 35 a is provided on the inner peripheral surface. Have. A second sheet 34 is accommodated in a lower part of the third sheet 35 so as to be movable up and down, and a second lift that allows the second sheet 34 to move up and down between the upper surface of the sheet 34 and the stopper step 35a. A working gap B is provided.
[0024]
Similarly, the fourth sheet 36 is a short cylinder that is longer and larger in diameter than the third sheet 35 and closed at the upper end. The inner diameter of the upper part of the fourth sheet 36 is smaller than that of the third sheet 35, and a stopper step is formed on the inner peripheral surface. It has a part 36a. A third sheet 35 is accommodated in the fourth sheet 36 such that the third sheet 35 can move up and down, and a third lift gap that allows the third sheet 35 to move up and down between the upper surface of the sheet 35 and the stopper step 36a. C is provided. The fourth sheet 36 is positioned by hitting the back surface of the recess 31.
[0025]
The first disc spring 37 is sandwiched between the upper and lower opposing surfaces of the first and

second sheets

33 and 34, and the first sheet 33 is moved downward by the spring force Fs2 (that is, the upper end surface side of the nozzle needle 25). Is pushed down. The second disc spring 38 is sandwiched between the upper and lower opposing surfaces of the second and

third sheets

34 and 35, and the second sheet 34 is pushed down toward the upper end surface of the nozzle needle 25 by the spring force Fs 3. Similarly, the third disc spring 39 is sandwiched between the upper and lower opposing surfaces of the third and

fourth sheets

35, 36, and the third sheet 35 is pushed down toward the upper end surface of the nozzle needle 25 by the spring force Fs4. ing. The spring force of each of the disc springs 37 to 39 is stronger as it is arranged on the upper side. Therefore, the relationship between the spring forces is Fs2 <Fs3 <Fs4. Correspondingly, so-called valve opening pressures P2, P3 and P4 at which the first to third seats 33 to 35 move against these spring forces are also set to P2 <P3 <P4.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, a pressure pin 41 penetrates the packing 4 on the axis of the nozzle needle 25. For this reason, the pin 41 is provided through the center of the lift amount control mechanism 32, the lower end thereof is in contact with the upper end surface of the nozzle needle 25, and the spring seat 42 is provided at the upper end portion. . The seat 42 is inserted into a lower portion of a spring accommodating chamber 43 formed at the lower end of the nozzle holder 1, and a pressure spring is interposed between the spring seat 44 provided on the inner surface of the spring accommodating chamber 43 and the spring seat 42. 45 is sandwiched. The spring housing chamber 43 communicates with the fuel tank via a fuel return pipe (not shown).
[0027]
The pressure spring 45 pushes down the nozzle needle 25 via the pressure pin 41 by the spring force (Fs1), and presses the needle head 27 of the needle 25 against the body seat surface 6. The spring force (Fs1) sets the initial valve opening pressure (P1) of the nozzle. Due to the relationship between this and the length of the nozzle needle 25 described above, an initial lift gap D is formed between the upper end surface of the needle 25 and the first seat 33 as shown in FIG. .
[0028]
Next, fuel injection when the fuel injection nozzle having the above configuration is combined with, for example, a jerk type fuel injection pump will be described.
As the fuel is pumped from the fuel injection pump, the swirl chamber 30 is connected via the feed hole 10 communicating with each other, the oil sump (not shown), the fuel passage 26, and the communication passage (groove 22 and passage 23) of the swirler 21. The fuel pressure pc is increased. When the fuel pressure Pc in the swirl chamber 30 reaches the initial valve opening pressure P1 of the nozzle needle 25 set in advance by the spring force Fs1 of the pressure spring 45, the pressure receiving surface 29 of the nozzle needle 25 facing the swirl chamber 30 is applied. Due to the initial valve opening pressure P1 that acts, the nozzle needle 25 is lifted by disappearing the initial lift gap D against the spring force Fs1. Therefore, the swirl chamber 30 and the nozzle hole 5 communicate with each other and fuel injection is started. At this time, since the fuel is given a turning motion when passing through the swirler 21, the fuel turning in the swirl chamber 30 is injected while turning from the nozzle hole 5.
[0029]
By the way, as described above, the swirl chamber 30 is provided above the body seat surface 6 of the nozzle body 3 and deviates from the portion from the seat surface 6 to the nozzle hole 5, so that the volume of the portion is small. Along with this, the amount of fuel remaining without being injected is minimal. Therefore, the fuel is rarely injected without giving a swirling flow at the initial stage of the injection, so that the injection performance can be improved.
[0030]
The fuel pressure acting upward on the nozzle needle 25 after the initial injection gradually increases. Therefore, the fuel pressure Pc to raise the needle 25 is a load K1 × D (which is generated when the spring force Fs1 of the pressure spring 45 and the spring 45 contract by the same lift amount as the initial lift gap D). When K1 exceeds the valve opening pressure P2 set by the total value of the spring force Fs2 of the first disc spring 37 and the spring constant of the spring 45, the nozzle needle 25 moves the first seat 33 at that time. Thus, the first disc spring 37 is pushed and contracted, and the first sheet 33 is pushed up until it stops against the stopper step 34a. Thereby, the nozzle needle 25 is lifted by the same amount as the first lift gap A, and the gap A disappears, and the volume of the swirl chamber 30 is increased according to the lift amount. That is, the lift amount from the valve closed state is (D + A).
[0031]
Further, the fuel pressure Pc that increases the fuel pressure to raise the nozzle needle 25 is the load K1 × (D + A) generated by the spring force Fs1 of the pressure spring 45 and this being reduced by the lift gaps D and A. When the valve opening pressure P3 set by the total value of the spring force Fs3 of the second disc spring 38 is exceeded, the nozzle needle 25 moves the second disc spring 38 through the second seat 34 at that time. The second sheet 34 is pushed up and contracted until it hits the stopper step 35a and stops. Thereby, the nozzle needle 25 is lifted as much as the second lift gap B, and the gap B disappears, and the volume of the swirl chamber 30 is further increased according to the lift amount. That is, the lift amount from the valve closed state is (D + A + B).
[0032]
Similarly, the valve opening pressure P4 that further increases the fuel pressure Pc to raise the nozzle needle 25 is reduced by the spring force Fs1 of the pressure spring 45 and the lift gaps D, A, and B. When the valve opening pressure P4 set by the generated load K1 × (D + A + B) and the total value of the spring force Fs4 of the third disc spring 39 is exceeded, the nozzle needle 25 passes through the third seat 35 at that time. Thus, the third disc spring 39 is pushed and contracted, and the third sheet 35 is pushed up until it stops against the stopper step 36a. Thereby, the nozzle needle 25 is lifted by the same amount as the third lift gap C, the gap C disappears, and the volume of the swirl chamber 30 is further increased according to the lift amount. That is, the lift amount from the valve closed state is (D + A + B + C).
[0033]
The same applies when combined with an accumulator type fuel injection device, and the description will be omitted because it is duplicated. In this table, Pc is the fuel pressure exerted on the swirl chamber 30.
[0034]
[Table 1]

[0035]
As is clear from the description of the operation described above, in this fuel injection nozzle, as the fuel pressure in the swirl chamber 30 increases, the lift amount of the nozzle needle 25 increases stepwise, and the stepwise lift amount increases. Accordingly, the volume of the swirl chamber 30 is increased stepwise. Therefore, since the swirl strength of the fuel in the swirl chamber 30 decreases stepwise with such volume change, the fuel spray angle at the initial stage of the fuel injection is the largest at the end of the fuel injection. The spray angle can be reduced step by step as it approaches.
[0036]
In addition, since the volume of the swirl chamber 30 is changed by the lift amount control mechanism 32 according to the lift amount of the nozzle needle 25 as described above, the strength of the swirling flow of the injected fuel is adjusted in multiple stages. The spray angle can be changed without moving the swirler 21 forming the swirl chamber 30. As a result, troublesome electrical wiring can be dispensed with, so that it can be easily implemented and the reliability can be improved with few failures.
[0037]
The present invention is not limited to the first embodiment. For example, the spring constants of the

springs

45 and 37 to 39 for setting the valve opening pressures P1 to P4 at the respective lift stages, and the lifts for defining the respective lift amounts. The size of the clearances A to D and the like can be set as appropriate, and the number of lift stages may be set to 5 stages or more as long as it is within the range allowed for the configuration.
[0038]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
According to the first aspect of the present invention, since the remaining fuel that cannot be injected can be minimized, it is possible to reduce the fuel injection without giving the swirling flow to the fuel, and to improve the injection performance. Since the volume of the swirl chamber can be changed by the volume changing means according to the lift amount of the fuel and the strength of the swirling flow of the injected fuel can be adjusted, the spray angle is changed without moving the swirler that forms the swirl chamber be able to.
[0039]
Furthermore, according to the invention of claim 1, the volume changing means can change the volume of the swirl chamber in multiple stages, and the strength of the swirling flow of fuel can be changed in multiple stages.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a part of a configuration of a swirl type fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention.
2 is an enlarged vertical side view showing a configuration around a lift amount control mechanism provided in the fuel injection nozzle shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is an enlarged vertical side view showing a configuration around a swirl chamber provided in the fuel injection nozzle shown in FIG. 1;
4 is a cross-sectional view taken along the line ZZ in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
3 ... Nozzle body,
5 ... nozzle hole,
6 ... Body seat surface (valve seat),
21 ... Swirler,
25 ... Nozzle needle,
27 ... Needle head (valve),
28 ... Seal wire,
29 ... pressure receiving surface,
30 ... Swirl room,
32 ... Lift amount control mechanism (volume changing means),
33-36 ... 1st-3rd sheet | seat,
37-39 ... 1st-3rd disc spring,
A to C: first to third lift gaps,
D: Initial lift gap,
41 ... pressure pin,
45: Pressure spring.

Claims

In a fuel injection nozzle that swirls and injects fuel from an injection hole of a nozzle body in which a nozzle needle is accommodated,
A swirl chamber that creates a swirling flow of fuel is formed above the valve seat of the nozzle body where the valve body of the nozzle needle contacts and separates , and a swirler is built in the nozzle body, and the swirler can be slid freely. The nozzle needle penetrating the nozzle needle has a pressure receiving surface that forms a ceiling surface of the swirl chamber, and includes a volume changing unit that changes the volume of the swirl chamber in multiple stages depending on the lift amount of the nozzle needle ,
This volume variable means is
A plurality of sheets arranged in the vertical direction on the nozzle needle;
Together are respectively sandwiched between the sheets each other have a strong spring force enough to be disposed on the upper side, the nozzle movable sheet vertically positioned on the lower side of the sheet adjacent to the upper and lower A plurality of springs that are pushed down toward the needle to form lift gaps between the vertically adjacent sheets;
A fuel injection nozzle characterized by comprising: